CN104374525A - 检测和定位引导或包含水的设备中的泄漏 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检测和定位引导或包含水的设备中的泄漏。一种用于对引导或包含水的设备中的泄漏进行检测和定位的装置，所述装置具有：至少一个可布置在设备附近的液密的集流管，集流管具有大量在集流管的径向方向上彼此间隔布置的、可让水透过的扩散元件；至少一个可连接到集流管的湿度传感器；以及，可连接到集流管的输送设备，其中湿度传感器被设计成用于产生与所获取的湿度有关的测量信号，输送设备被设计成用于生成集流管中具有流速的体积流量，其中分析设备与输送设备和湿度传感器连接，使得在考虑流速的情况下可对测量信号进行分析以确定泄漏位置。

Description

检测和定位引导或包含水的设备中的泄漏

本发明涉及用于对引导或包含水的设备中的泄漏进行检测和定位的装置和方法。

在工业设备或类似地方提供此类装置和方法来对引导或包含含水流体的设备，例如特别是容器、储槽、器皿、管路进行监测，这是很普遍的。

这种类型的已知装置具有布置在待监测设备附近的集流管或软管。软管或集流管允许至少分段地让含水的流体通过，所述流体能够以液态或气态存在。一旦发生泄漏，所述流体就会从设备中流出并由于渗透性差异的缘故而扩散到集流管或软管中。然后从这里用输送设备，例如泵，将所述组分输送到湿度传感器，所述传感器形成与所测定的湿度有关的测量信号。

此类装置和方法的基本原理是众所周知的，且早在以前就是众多改进实施形式的研究对象。

例如，从DE 10 2005 023 255 A1中已知一种集流管，其用于监测并定位设备的泄漏，其由不允许待监测物质透过的原料构成。所述集流管具有大量开口，这些开口用烧结金属材质形成的扩散元件封闭。待监测物质可通过扩散元件扩散并到达集流管内部以便检测。

从DE 196 17 359中已知一种装置，其用于对引导有机物的设备的泄漏进行检验，特别是检验石油管道、垃圾堆或类似位置处的泄漏，该装置具有选择性地让待检测物质透过的软管。软管布置在所述设备附近。此外，在软管的径向方向上还布置了多个相互间隔开来的传感器，其通过导电线与分析单元连接。

DE 100 60 976 A1公开了另一种具有可渗透集流管的、用于识别并定位泄漏的装置，所述集流管上连接有压力泵。该装置具有多个用于对流出的物质进行检测的传感器。此外，例如铝材质的牺牲阳极被布置在已知位置作为标识，即在这些地方出现了可借助于所用的传感器检验的氢。

DE 10 2007 005 693 A1描述了一种生产集流管(其用于识别并定位在发生泄漏时流出到集流管周边环境中的物质)的方法并且还描述了用该方法制造的集流管。集流管具有多个开口，这些开口用可渗透的弹性材料，特别是用硅橡胶来封闭。

用DE 24 31 907 C3中已知的方法可将物质或流体从其渗透进了集流管中的位置检测出来。该位置与泄漏位置一致，物质在该位置从设备的监测段流出。为此借助于连接到集流管上的泵将渗透进集流管的物质连接至集流管上的传感器，如有必要连同集流管中的载气引入一同连接至集流管上的传感器。在流速已知时，可根据在接通泵直至物质到达传感器所需要的时间间隔来检测物质渗透进集流管的位置。

出版物DE 10 2005 059 304 B3描述了一种用于校准湿度传感器的方法，其中将已知水蒸汽进气浓度和已知体积流量的载气引入混合室中，该混合室通过允许水蒸汽透过的隔板与蓄液罐流通，蓄液罐的温度设定为恒定值。借助湿度传感器来获取从混合室流出的、由水蒸汽和载气组成的混合气中水蒸汽出口浓度的测量值。将此测量值与实际值进行比较，所述实际值由与蓄液罐温度、体积流量和水蒸汽进气浓度相关的关系来确定。所述校准方法特别适用于具有分段式可渗透集流管的、用于检测和定位泄漏的装置的湿度传感器。

基于现有技术，本发明的任务在于提供一种经过改进的装置或经过改进的方法，以便对引导或包含水的设备中的泄漏进行检测和定位。

就装置而言该任务通过一种用于对前述类型的、引导或包含水的设备中的泄漏进行检测和定位的装置得以实现，且所述装置具有权利要求1所述的其它特征。

本发明有利的实施形式是从属权利要求的描述对象。

用于检测和定位引导或包含水的设备中的泄漏的装置具有：至少一个可布置在所述设备附近的液密集流管，其具有大量在集流管的径向方向上彼此间隔布置的、可透过的扩散元件；至少一个可连接到集流管的湿度传感器；以及，可连接到集流管的输送设备。所述湿度传感器被设计成用于产生与获取的湿度有关的测量信号，并且所述输送设备被设计成用于生成集流管中具有流速的体积流量。分析设备与输送设备和湿度传感器连接，使得在考虑流速的情况下可对测量信号进行分析以确定泄漏位置。

本说明书中的流体既可以是气体状态，又可以是液体。引导或包含水的设备例如具有管、器皿或容器，其包含含水液体或含水蒸汽的气体混合物。

根据本发明的装置被设计成用于定位泄漏，即使得在紧邻设备的周边环境中的湿度仅有些许提高也能被检测出来。在设备区域中出现液态水或水蒸汽表明有泄漏，借助于所述装置并根据集流管中体积流量的已知流速就可很容易将泄露定位。其中物理测量原理的基础在于，用于检测的集流管是密闭的，但是可分段性地让待检测的含水流体渗透，从而使得流体由于渗透性差异而在经过一段时间的扩散后进入集流管。为此，在集流管上设置多个扩散元件，这些扩散元件至少能让水或水蒸汽透过。

例如，可将集流管沿着待监测的管路敷设或敷设在水箱区域中。将可连接到集流管上的输送设备设计成用于将位于集流管中的气柱或液柱输送到湿度传感器。如果已知集流管中体积流量的流速，则可根据测量信号(该测量信号与体积流量的水分含量有关)的时间分布推断出湿度的空间分布并从而推断出可能泄漏的位置。

在扩散一段时间后，集流管内的湿度分布与集流管的周边环境中的湿度分布一致。因此，在软管内会产生扩展的液体试样或气体试样，其代表了沿着设备的湿度空间分布。集流管中的流体可借助输送设备引入至少一个湿度传感器，从而使得可以生成与所获取的湿度有关的测量信号。

可让水或水蒸汽透过的扩散元件优选由耐腐蚀的烧结金属构成。此类扩散元件特别稳定，从而提高了具有烧结金属材质的扩散元件的集流管的使用寿命。

在一个可能的实施例中，集流管被制成不锈钢材质的螺纹管或螺纹管道。完全由贵金属制成的集流管在长时间使用后几乎不会老化或磨损，并因此特别适合用在特别是核电站的不好通行的设备区。

为了确保足够大面积地对设备泄漏进行监测，所述设备例如具有储槽或容器，优选将集流管蜿蜒布置在设备的表面上。

优选将集流管布置在隔离层和设备壁之间。换言之，例如将集流管引入设备的隔离部分内，例如管道的隔离部分内。此类区域借助传统的装置很难进入其中进行泄漏监测，使得通常只有损害外面的隔离层才能将泄漏识别出来。相反，布置在隔离层和设备壁之间的集流管有可能很早就提前将可能的泄漏识别出来，因为这样布置的集流管会大大屏蔽可能会将测量弄错的环境影响。

输送设备优选具有一个或多个连接到集流管上的泵。在一个可能的实施例中，提出将输送设备构造成抽吸泵并且将其在端部侧布置到出口区域中的集流管处。特别是在监测段较短时，此种实施形式会为集流管提供足够的抽吸能力，所述集流管被布置成封闭的软管。在监测段较大时已证明有益的是，将至少一个构造为压力泵的输送设备布置在输入侧，即布置在集流管入口的端部侧，以确保足够的传输性能。

特别优选的是，在所述设备或另一设备附近布置多个集流管，这些集流管分别具有多个可让流体透过的扩散元件且可分别连接到至少一个湿度传感器以及连接到输送设备，从而使得借助于湿度传感器可产生与湿度有关的测量信号，而且借助于输送设备可产生具有流速的体积流量。因此各个集流管可构成在工业设备中的同一设备或不同设备上的不同监测段。各个集流管优选固定敷设，并且可借助于阀布置在必要时连接到的输送设备以及连接到被构造用于检测湿度的湿度传感器。由此可借助同一测量设备或可借助同一分析设备来依次检验不同的监测段。因此建议集中监测和检验，其中不可避免的是，借助相应的软件使湿度传感器或分析设备与和不同监测段相对应的不同检测通道分别匹配。

在另一个实施例中，设置有外围网络结构来分析并存储测量信号。分析设备优选具有连接到至少一个湿度传感器的接口，其中该接口被构造成用于将模拟测量信号转换成与之对应的数字测量数据。

此外，为了集中获取数据还设置了存储单元以便存储所获取的测量数据，所述存储单元具有连接网络的无线或有线网络接口。特别地，该网络接口可以是网站界面且所述网络可构造成互联网的一部分或者构造成局部网络(局域网，LAN)。还提供特别实现以TCP/IP(传输控制协议/互联网协议)为基础的协议作为可靠的网络协议。借助此类网络接口可通过另一个控制单元或分析单元来进行远程监控，这些单元例如构造成计算机，特别是笔记本电脑。

为了更好地进行分析，提出将测量信号转换成数字测量数据。通常借助相应地在软件中实现的算法可易于分析数字测量数据。但这不会对基本的方法(比如如何分析测量信号或测量数据)产生影响，从而使得在分析方面可认为这些术语意思相同。

在存储单元上优选安装有测量数据的数据库。如有必要可调用测量数据来进行后续分析。此外，分析设备还包括显示器，其特别是用于显示被图形化处理的测量数据或测量结果。为此提出的是，将测量数据中的趋势确定出来并用相应的图形进行描述，从而使得操作人员能提前识别泄漏。

就方法而言，所述任务通过具有权利要求6所述的额外特征的方法得以实现，所述方法被用于对前述类型的、引导或包含水的设备中的泄漏进行检测和定位。

用于检测和定位引导或包含流体的设备中的泄漏的方法基本上涉及前述装置的特定应用，从而使得首先要参考这方面的实施形式。

在用于检测和定位引导或包含水的设备中的泄漏的方法中，将至少一个液密集流管，该集流管具有大量在集流管径向方向上彼此间隔布置的可透过扩散元件，布置在所述设备附近并将其连接到至少一个湿度传感器和输送设备。所述输送设备在集流管中生成具有流速的体积流量，以便将其中所含的流体输送给湿度传感器。该湿度传感器会获取与时间相关的、所输送的流体中的水分含量，并产生与所获取的水分含量相关的测量信号。分析设备在考虑流速的情况下对与时间有关的测量信号进行分析以确定泄漏位置。

根据本发明的方法特别适合于高灵敏地对压力引导的、隔离的管道或容器上的泄漏进行监测，否则在隔离时很难将这些设备上的蒸汽泄露和/或水泄漏识别出来。泄漏，特别是在法兰连接部、阀门或密封配件处的泄漏通常可以在一个小时内迅速且可靠地识别出来并对其泄漏率的变化进行分析。

在这种情况下，测量原理是以上述集流管为基础的，所述集流管也称为“传感器管”(：水分-泄漏-监测系统)。包含水分的周围空气由于浓度差所致通过扩散元件扩散进集流管内部。通过这种方式，在几分钟之内就会在集流管内产生湿度的区域分布图。其中特别明显的是，在泄漏区域，特别是在围绕设备的隔离部分内湿度会局部上升。

为了获取沿集流管的湿度或浓度分布，依次将位于集流管中的空气柱或蒸汽柱引入湿度传感器，所述传感器会将与输送时间相关的湿度记录下来。同时，用干燥空气来冲洗集流管以便进行下次测量。各次测量自动进行并且按照预定的时间间隔周期性地重复进行。

由湿度传感器获取的测量信号优选具有与湿度有关的振幅。一旦振幅值超过第一可预先给定的阈值，则会发出警报，该警报显示泄漏。但是由于环境的湿度在特定极限范围内变化，并且特别是在工业设备的元件存在时降低，所述元件所具有的温度比环境温度高，因此为了可靠地定位泄漏有利的是，根据事先获得的湿度空间分布来选择第一可预先给定的阈值。

为了获得湿度的空间分布，特别优选的是在周期性的时间间隔内进行参考测量。这样获得的参考数据对应于沿集流管定义的监测段特有的湿度分布，所述湿度分布被用于调整测量数据，这些测量数据是在为了监测设备的泄漏而进行定期测量时所获取的。

优选地，将与不同时刻所进行的测量相对应的测量数据进行比较，并且在时间上将其外推。为此可将不同测量的测量信号特别作为测量数据数字化，并将其存储在分析设备的存储设备中。将各种与不同测量相对应的测量数据在时间上外推。换言之就是将当前测量的测量数据与上次测量的测量数据进行比较，以识别数据中的可能偏差。通过将测量数据进行时间外推，可将自身尚且运行良好的组件已经显现的故障识别出来。因此有可能的是，将某一时刻的可能故障识别出来，在该时间还没有对正确的运行方式造成损害。

有利地，当与不同时刻进行的测量相对应的测量数据偏离超过可预先给定的第二阈值时发出警告。还会自己发出警告的情况是，没有超过对警报至关重要的第一阈值。但是，测量数据偏离超过第二阈值表明装置出了问题，其集流管泄漏或输送设备坏了。为此，所发出的警告涉及系统警报，这种警报表明装置的组件出了问题。换言之就是每次测量时通过与参考测量进行模型对比来对所有组件的正常功能进行完整的检查，并且一旦出现偏差则发出系统警报。

特别优选的是，在引导或包含水的所述设备或另一设备附近布置多个可渗透的集流管，以便例如借助于相应的阀布置将其依次连接到至少一台输送设备和至少一个湿度传感器，以便对由集流管定义的监测段进行检验。因此可对多个由各个集流管定义的监测段用相同的测量设备来进行监测。

下面将参考附图来详细分析本发明可能的实施例。图中显示：

图1以示意图示出了一种设备，该设备具有根据本发明可能的实施例的、用于进行泄漏检测和定位的装置；

图2示出了根据另一个实施例的、用于进行泄漏检测和定位的装置，在此实施例中集流管敷设在设备的隔离部分内；

图3以透视图示出了具有扩散元件的集流管的部分；

图4以示意图示出了一种装置，该装置具有在设备表面蜿蜒布置的集流管；

图5以示意图示出了所测得的与时间相关的水分含量的分布图。

彼此相对应的部件在所有附图中都用同一参考标记标识。

图1以示意图示出了用于检测并定位泄漏的装置1的结构。所述装置1包括多个集流管2，这些集流管敷设在引导水的设备3区域中。

集流管2形成了两个彼此隔开的监测段，这些监测段可借助阀14在入口侧连接到输送设备4，所述输送设备在这里被设计成压力泵，并且这些监测段在出口侧可借助阀14连接到湿度传感器5。

为了监测设备3的泄漏将集流管2构造成可分段地让水蒸汽渗透。为此在集流管2中引入了扩散元件12，所述扩散元件在图3中详细示出。在入口侧设置有蓄液罐6，其中含有压缩空气。为了冲洗集流管2可将压缩空气引入其中，以便在测量时用干燥的压缩空气来替换集流管2中的气柱。

用电导线将湿度传感器5和输送设备4与分析设备7相连。所述分析设备7特别是根据由输送设备4在集流管2内引起的体积流量及其流速来对由湿度传感器5生成的测量信号进行分析。为此设置了未被详细示出的接口，所述接口在必要时将模拟的测量信号转换成数字测量数据。为了存储所述测量数据，特别是为了进行后续的进一步处理，分析设备7具有存储单元8。

此外，分析设备7还用作控制元件的控制设备，所述控制元件被构造成阀门14和输送设备4。相应地，将另一个未被详细示出的接口布置在控制元件和分析设备7之间，其将数字控制信号转换成相应的模拟信号。

分析设备7还与输出设备9连接，所述输出设备被构造成用于以视觉形式、声音形式和/或触觉形式来输出警告和/或警报。

图2示出了本发明的另一个可能的实施形式，在该实施形式中，集流管2在设备3的隔离部分内延伸，其在所示实施例中被设计成隔离的管道。集流管2在外隔离层10和设备3的内壁11之间延伸。因此，集流管2基本上屏蔽了外部环境的影响，从而使得可实现特别低的检测极限。所述检测极限通常为少于每小时流出1kg的水蒸汽。相应时间介于20和60分钟之间，监测段最大可为300m。

在集流管2中引入了多个扩散元件12，这些扩散元件在集流管2上按规则的间距彼此间隔布置。扩散元件12由烧结金属构成并在图3中详细示出。

图3以透视图示出了集流管2的一部分。所示部分具有连接部分13，扩散元件12就置于该连接部分中。扩散元件12由烧结金属构成并可让水蒸汽透过，从而使得水蒸汽由于渗透性差异可从周边环境扩散进集流管。在所示实施例中，集流管2被设计成螺纹管，其由不锈钢制成。此类实施形式耐温且防辐射，并因此特别适合于在核电站内长期使用。

图4以示意图示出了用于检测并定位泄漏的装置1的另一个可能实施形式。为了对设备3的表面进行监测，所述设备在此处被示例性地设计成压水反应堆的容器盖，将集流管2蜿蜒布置在所述表面上。

下面将参考图5来描述用于对泄漏进行检测和定位的方法。图5示出的图像示意性地描述了随时间t变化并对应于数字化测量信号的测量信号或测量数据M，其中测量信号或测量数据M的振幅与所获取的水分含量F有关。

为了监测设备3的泄漏，以周期性的时间间隔自动开始测量。在这种情况下，测量的基本原理的基础在于，流出的水蒸汽由于浓度差的缘故经过一段时间的扩散后会扩散进集流管2中。水蒸汽会在泄漏位置扩散进软管2。测量时将集流管2中的空气-水蒸汽混合物利用来自蓄液罐6的干燥空气来替代，以便将集流管2中的流体柱依次输送到湿度传感器5。

所述方法适合用于对长度不超过300m的监测段进行监测。在获得泄漏位置时，定位精度典型地在2至8m之间。

将输送设备14激活用于冲洗集流管2，以便在集流管2中生成具有流速的流体流量。状态参数(特别是压力、流速和/或流体流量或质量流量)将由未被详细描述的测量设备来测量。湿度传感器5产生测量信号，该测量信号与所获取的湿度有关。所述测量信号被输送到分析单元7，其中在必要时相应的接口将模拟的测量信号转换成数字的测量数据M，以便更好地进行分析。通常借助于相应地在软件中实现的算法可易于分析数字测量数据。但这不会对基本的方法(比如如何分析测量信号或测量数据M)产生影响，从而使得在分析方面可认为这些术语意思相同。

在测量期间，将最初位于集流管2中的气体混合物完全用干燥的空气来替换。如果由湿度传感器5所获取的测量信号或由其推导出的测量数据M的振幅超过第一可预先给定的阈值S1，则通过输出设备发出表明有泄漏的警报。由于在输送设备14被激活之后所经过的时间t是已知的，并且状态参数是已知的，则可准确地获得泄漏的位置。换言之，根据时间t所捕取的测量信号或测量数据M在出现泄漏时具有被增大的振幅，该振幅与被增加的水分含量F一致。测量幅值也称为“泄漏尖峰”，其准确位置确定了泄漏位置。

可根据之前在参考测量中获取的或获得的底层U来选择可预先给定的第一阈值S1。因此在底层噪音变化时，不同区域的第一阈值S1会变化。

在图5所示实施例中，测量数据M的振幅在第一时间窗中超过阈值S1，从而使得借助分析设备9来发出警报。

当所测得的测量信号或所获取的测量数据M与底层U的偏差超过第二阈值S2时，所述第二阈值在图5中示例性地描述为被选出的测量点处的误差范围，借助于输出单元9发出对应于系统警报的警告，同时表明装置1可能有问题。

上面根据优选的实施例对本发明进行了描述。但是要明白的是，本发明并不局限于所示出的实施例的具体实施，相反，相关专业人员可依据本发明派生出一些变体形式，但不偏离本发明重要的基本思想。

参考标记列表

1                      装置

2                      集流管

3                      设备

4                      输送设备

5                      湿度传感器

6                      蓄液罐

7                      分析单元

8                      存储单元

9                      输出单元

10                     隔离层

11                     壁

12                     扩散元件

13                     连接部分

14                     阀

M                      测量数据

F                      水分含量

t                      时间

S1                     第一阈值

Claims (11)

1.一种用于对引导或包含水的设备中的泄漏进行检测和定位的装置，所述装置具有：至少一个能够布置在所述设备附近的液密的集流管，所述集流管具有大量在集流管的径向方向上彼此间隔布置的、可让水透过的扩散元件；至少一个能够连接到所述集流管的湿度传感器；以及，能够连接到所述集流管的输送设备，其中所述湿度传感器被设计成用于产生与所获取的湿度有关的测量信号，并且所述输送设备被设计成用于生成所述集流管中具有流速的体积流量，其中分析设备与所述输送设备和湿度传感器连接，从而使得在考虑流速的情况下能够对测量信号进行分析以确定泄漏位置。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述扩散元件由烧结金属构成。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述集流管蜿蜒布置在所述设备的表面上。

4.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述集流管布置在隔离层和所述设备的壁之间。

5.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中在所述设备或另一设备(3)附近布置多个集流管，这些集流管分别具有多个能够让流体透过的扩散元件且能够分别连接到至少一个湿度传感器，并且能够分别连接到所述输送设备(14)，从而使得借助于湿度传感器能够产生与湿度有关的测量信号而且借助于所述输送设备(14)能够产生具有流速的体积流量。

6.一种用于对引导或包含水的设备中的泄漏进行检测和定位的方法，所述设备具有前述权利要求中任一项所述的装置，其中将至少一个液密集流管布置在所述设备附近，并将其连接到至少一个湿度传感器和输送设备，所述集流管具有大量在集流管径向方向上彼此间隔布置的可透过的扩散元件，其中所述输送设备在所述集流管中生成具有流速的体积流量并由此将集流管中所含的流体输送给湿度传感器，所述湿度传感器会生成与所获取的湿度相关的测量信号，其中分析设备在考虑流速的情况下对所述测量信号进行分析以确定泄漏位置。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述测量信号具有与湿度有关的振幅，并且一旦振幅值超过第一可预先给定的阈值则会发出警报，其中根据所获得的湿度的空间分布来选择第一阈值。

8.如权利要求7所述的方法，其中为了获得所述湿度的空间分布以周期性的时间间隔进行参考测量。

9.如权利要求8所述的方法，其中将与在不同时刻进行的测量相对应的测量数据进行比较，并且在时间上将其外推。

10.如权利要求9所述的方法，其中当与不同时刻进行的测量相对应的测量数据偏离超过可预先给定的第二阈值时，则会发出警告。

11.如权利要求6至10中任一项所述的方法，其中在引导或包含水的所述设备或另一设备附近布置多个可渗透的集流管，将所述集流管依次连接到至少一台输送设备和至少一个湿度传感器，以便对由所述集流管定义的监测段进行检验。